JP2004098170A - 流動可能な金属泡の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　ガス導入の際空所の単一様式の寸法を持つ流動可能な金属泡が泡立ち可能な溶湯中に生じ、更に形成されるようにする。
【解決手段】　同様に寸法を定められかつ冶金容器（２）内へ突出する少なくとも２つの隣接する供給管（３）から、泡立ち可能な金属溶湯（４）へガスが導入され、突出する管端部（３１）の範囲で金属溶湯（４）中に気泡（６）が形成され、気泡表面（６１）の範囲を互いに接触させかつ粒子を含む中間壁（７）を形成しながら、つながっている泡形成物（１）が形成され、かつこの気泡形成物が更に形成される。
【選択図】　図５

Description

　本発明は、空所の寸法の単一様式の分布を持つ流動可能な金属泡の製造方法に関する。もっと詳細に本発明は、特別な性質を持つ成形体に使用するための実質に同じ気孔容積を持つ金属泡の製造に関する。更に本発明は、上記の金属泡の製造装置及び充分に均一な泡形成部を含む部材に関する。

　金属泡特に軽金属泡は、特別な性質を持つ成形体にますます使用され、種々の要求に高い確実性で応じなければならない。換言すれば、小さい重量を持つ成形体は、精確に規定される機械的荷重で大きい安全性を持ち、かつ／又は過負荷の場合最大エネルギ吸収で変形可能であるようにする。

　金属泡から物体を製造することは、公知である。例えば国際公開第ＷＯ／０１／６２４１６号明細書には、泡体の製造方法が公知であり、この方法では、鋳型が、溶湯中を上昇する個々の気泡の集合により泡で満たされる。しかし気泡を大抵の場合いわゆる回転羽根車により導入しかつばらばらにするこの方法は、一方では鋳型の充満が緩慢に行われ、従って冷却される鋳型の場合最後に形成される泡体部分がしばしば不利に厚い壁厚を持ち、他方では、気泡の大きさが制御できないほど異なるように形成され、それによりこのように形成される部材又は泡体の機械的特性値が、最も不利な大きいばらつき幅を持つ、という欠点を持っている。

　欧州特許出願公告第０６６６７８４号明細書から、別の方法が公知になっており、安定化される流動性泡金属の型鋳造が、型内の安定化された泡の圧力による圧縮によって行われる。しかし形成される泡の小室を単一の大きさにすることができない。

　オーストリア国特許出願第９３６／２００１号は、金属泡へガスを導入する装置及び方法を開示しており、それぞれの個別気泡の直径の均一性及び気泡の大きさが制御される。

　金属泡から成る成形体の空所の寸法の単一様式の分布及びその製造方法は、オーストリア国特許出願第９３５／２００１からわかる。

　しかし従来技術に関係する流動可能な金属泡の製造方法は、共に、個別気泡が大抵の場合集合の際はじめて互いに結合し、しばしば厚い楔状空間範囲を構成する、という欠点を持っている。更に場合によっては、泡体の均一な厚さの表面層を得るため、型の所望の充満速度、又はこの型内の好ましい金属流が得られない。

　公知の装置は、部材の高い機械的特性値において小さい比重のために、空所の間の中間壁が薄く形成され、有利な支持機能を果たすことができるように、つながっている同じ大きさの金属泡を製造することができない。

　本発明は、これらの欠点の回避を目的とし、最初にあげた種類の方法を提供することを目標とし、この方法によりガス導入の際空所の単一様式の寸法を持つ流動可能な金属泡が泡立ち可能な溶湯中に生じ、更に形成されるようにする。

　更に流動可能な気泡の処理のためその製造装置を提供するという課題が、本発明の基礎になっている。

　最後に本発明は、溶湯中に形成される泡の使用に関する。

　最初にあげた目的は、同様に寸法を定められかつ冶金容器内へ突出する少なくとも２つの隣接する供給管から、泡立ち可能な金属溶湯へガスが導入され、突出する管端部の範囲で金属溶湯中に気泡が形成され、気泡表面の範囲を互いに接触させかつ粒子を含む中間壁を形成しながら、つながっている泡形成物が形成され、かつこの気泡形成物が更に形成される。

　本発明により得られる利点は、主として有利な泡構成に見られる。なぜならば、泡立ち可能な流動性金属中に気孔が生じる際、続いて泡形成部の中間壁が形成され、これらの中間壁が薄くかつ力の作用に応じて幾何学的に形成される。気孔の大きさに応じて、広い限界内に維持すべきガス導入管に関して、表面張力を考慮に入れて、界面張力及び液体となるように更に形成されるかさばった泡形成物を形成するための気泡の浮力を考慮することができる。

　本発明によれば、泡形成物における個別気泡又は空所の大きさが、供給管の相互間隔の選択により、かつ金属溶湯内へ突出する管端部の幾何学的構成により決定されることが重要である。

　有利なように、泡形成物が型又は鋳型へ導入され、この中で取出し可能な成形部材となるように凝固せしめられると、部分表面層の密であるか又は極めて小さい厚さを、それに直接続く泡芯上に形成することができる。

　型又は鋳型への泡形成物の導入が、型内壁の所における金属溶湯の実質的に薄肉の凝固後に行われると、軽量部材の有利に精確に限定可能な安定性が得られる。

　本発明の前記の課題は、最初にあげた装置において、泡立ち可能な溶湯内へ突出する少なくとも２つのガス用供給管が、互いに間隔を置いて並んで設けられていることによって、解決される。

　このような装置の利点は、大体において、供給管の所に形成される気泡が少なくとも１つの側面範囲で互いに接触して中間壁を形成することができ、直ちに剥離基準が得られ、連続気泡が形成されることによる。従って本発明による装置によって、泡立ち可能な金属における空所の有利な累積がその形成の際行われ、泡形成部の中間壁の有利な幾何学的構成が行われる。

　同じ間隔を持つが第１の供給管を結ぶ線に対してずれた少なくとも１つの別の供給管が、溶湯内へ突出して設けられていると、泡形成部の形成のための基準をさらいに改善することができる。

　本発明により溶湯内へ突出する供給管が同じ寸法に構成され、管端部が１つの面に設けられていることによって、泡形成部の一層大きい泡容積の形成に関して特別の利点が得られる。

　小さい重量及び／又は変形の際大きいエネルギ消費を持つ部材の準備及び形成のため、本発明によれば、同じ間隔を持ちかつ泡立ち可能な溶湯内へ突出する複数の同じ寸法の供給管の端部の範囲にガスの導入により形成される多数の空所から成り、気泡の大きくなる表面の一部の相互接触、及びそれにより引き起こされて空所のそれぞれの別の新たな形成により大きさを決定する気泡の閉鎖によって、泡形成部における空所の寸法の単一様式の分布が行われる、流動可能な金属泡が有利に使用可能である。

　自動車製造における軽金属部材の製造、又は空中飛行及び宇宙飛行のために泡形成物の使用が、部材の機械的性質の精確な調節可能性のために有利である。

　原理図により、本発明が以下に詳細に説明される。

　図１には、泡形成物のいわゆる形成開始が示され、冶金容器のノズル接続部２１の下にある圧力室から、ガス５が供給管３により泡立ち可能な溶湯４へ吹込まれ、突出する管端部３１の範囲に気泡６が形成される。同じ高さのガス圧力と供給管及び管端部の同じ寸法とにより、物理法則に従って同じ大きさの気泡が形成されるが、場合によっては吹込み条件によりそれぞれの気泡大きさを決定可能である。

　図２から、冶金容器２内の泡立ち可能な溶湯４内にある管端部３１の前における気泡拡大６がわかる。

　さて供紿管３の端部３１に付着している気泡６が、供給管の間隔Ａにより决定される大きさに達し、その表面６１が隣接気泡の表面に接触すると、大抵の場合直ちに、図３の（ａ）に示すような中間壁７が生じる。管端部３１の範囲における局部的な表面張力の変化により、大体において衝撃的に大きくなりかつ気泡８の間の中間壁７を粒子中に含む泡立ち可能な金属溶湯４のため、図３の（ｂ）に示すように、気泡列の剥離基準の角αにより示される発生が行われる。

　さて図４から概略的にわかるように、金属溶湯への気泡導入が更に行われるので、管端部３１〜３１’’’の所で気泡６の新たな形成が行われる。気泡６の表面張力及び空所の適当な表面境界角を持つ包装体の構成傾向のため、大体において同じ大きさの気泡６の列の側方移動、及び空所列の中間壁７の楔状空間におけるこのような気泡の新たな形成が行われる。

　新たに形成される気泡６は、図１及び２に示すように、臨界の大きさまで成長し、この大きさにおいて再び中間壁か７が形成され、溶湯４中における泡形成部を形成しながら、剥離基準（図３の（ａ）及び（ｂ）参照）が大体において急激に形成される。

　このように均一な空所又は気泡形成部１が図５に概略的に示され、この形成部１は、供給管３の数に応じて、房状に又は大きい容積で形成可能であり、このことは泡体の引続く形成及び最終形成のために重要である。

　管端部３１が複数列なるべく３列で溶湯内へ同じように突出して位置しているけれども、次の各列が端部の間隔Ａの半分だけ側方にずれていると、浮力自体によるか又は管端部３１のガス供給基準の変化によって剥離することができる泡形成部１の同様な安定した形成にとって有利である。

　アルキメデスの法則性によって、型への泡形成部１の導入が簡単に可能であり、本発明により中間壁７の有利な形勢で気泡又は空所６の寸法の単一の様式の分布が行われる。

泡立ち可能な溶湯中の供給管への気泡の付着を示す。 気泡の拡大を示す。 中間壁の形成を示す。 集合体における気泡の新たな形成を示す。 泡形成部を示す。

符号の説明

１　　泡形成部
２　　冶金容器
３　　供給管
４　　金属溶湯
５　　ガス
６　　気泡
７　　中間壁

Claims (10)

1. 　空所の寸法の単一様式の分布を持つ流動可能な金属泡の製造方法において、同様に寸法を定められかつ冶金容器（２）内へ突出する少なくとも２つの隣接する供給管（３）から、泡立ち可能な金属溶湯（４）へガスが導入され、突出する管端部（３１）の範囲で金属溶湯（４）中に気泡（６）が形成され、気泡表面（６１）の範囲を互いに接触させかつ粒子を含む中間壁（７）を形成しながら、つながっている泡形成物（１）が形成され、かつこの気泡形成物が更に形成されることを特徴とする、方法。
2. 　泡形成物（１）における個別気泡（６）又は空所の大きさが、供給管（３）の相互間隔（Ａ）の選択により、かつ金属溶湯内へ突出する管端部（３１）の幾何学的構成により決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 　泡形成物（１）が型又は鋳型へ導入され、この中で取出し可能な成形部材となるように凝固せしめられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 　型又は鋳型への泡形成物（１）の導入が、型内壁の所における金属溶湯（４）の実質的に薄肉の凝固後に行われることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の方法。
5. 　空所の寸法の単一様式の分布を持つ流動可能な金属泡の製造装置において、泡立ち可能な溶湯（４）内へ突出する少なくとも２つのガス（５）用供給管（３）が、互いに間隔（Ａ）を置いて並んで設けられていることを特徴とする、装置。
6. 　同じ間隔を持つが第１の供給管を結ぶ線に対してずれた少なくとも１つの別の供給管（３）が、溶湯内へ突出して設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 　溶湯内へ突出する供給管（３）が同じ寸法に構成され、管端部（３１）が１つの面に設けられていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。
8. 　同じ間隔を持ちかつ泡立ち可能な溶湯内へ突出する複数の同じ寸法の供給管の端部の範囲にガスの導入により形成される多数の空所から成り、気泡の大きくなる表面の一部の相互接触、及びそれにより引き起こされて空所のそれぞれの別の新たな形成により大きさを決定する気泡の閉鎖によって、泡形成部における空所の寸法の単一様式の分布が行われ、小さい重量を持ちかつ／又は変形の際大きいエネルギ消費を伴う部材の準備及び構成のために、この泡形成部が使用可能であることを特徴とする、流動可能な金属泡。
9. 　軽金属部材の製造のため使用される、請求項８に記載の泡形成物。
10. 　軽金属部品の製造のため使用される、請求項８に記載の泡形成物。

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